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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina III TRATAMENTO DE CHORUME DE ATERRO SANITÁRIO POR ASSOCIAÇÃO DE REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE COM MANTA DE LODO E REATOR ANAERÓBIO POR INFILTRAÇÃO RÁPIDA Maria Claudia Lima Couto(1) Engenheira Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Mestranda no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo. Florindo dos Santos Braga(2) Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Doutorado pela Escola de Engenharia de São Carlos USP. Professor do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo. Endereço: (1)Rua Magno Malacrene, nº 45, Sólon Borges, Vitória, ES. CEP Tel: (27) / claudia_couto@zipmail.com.br / mariaclc@npd.ufes.br RESU MO Os resíduos sólidos urbanos gerados diariamente no Brasil, são destinados na maioria das vezes a lixões a céu aberto, ou aterros seja ele controlado ou sanitário. Em todas estes meios de disposição final ocorre a produção da contaminantes ambientais. O chorume, assim o como gás metano são resíduos que surgem deste tratamento e que necessitam ser coletados e tratados de forma adequada para que não sejam dispostos no meio ambiente trazendo prejuízo ao solo, ar, águas subterrâneas e superficiais. O chorume gerado pelo processo de degradação do lixo que ocorre no interior dos aterros e pela passagem de águas de chuva, ao ser drenado do aterro carreia materiais em suspensão e dissolvidos com alto potencial de contaminação. Este resíduo geralmente é tóxico devido à presença de metais pesados, tem altos níveis de DBO e DQO, além de ter suas características variando com as características dos resíduos aterrados e com a idade do aterro, o que o torna uma água

2 residuária de difícil tratamento. Alguns estudos têm sido direcionados para tratamento de chorume utilizando processos biológicos anaeróbios como o Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente com Manta de Lodo (UASB). Como o processo anaeróbio mesmo utilizando um reator UASB não é suficiente para promover tratamento do chorume á níveis que possa ser disposto nos corpos d água, é importante associarmos um processo aeróbio como o tratamento secundário. Neste trabalho busca-se associar um processo de tratamento primário anaeróbio, utilizando reator UASB, seguido de um processo de tratamento secundário aeróbio utilizando reatores de infiltração rápida (IR), de forma que possa resultar numa melhor eficiência global de tratamento de chorume de aterro sanitário. PALAVRAS-CHAVE: Aterro Sanitário, Tratamento de Chorume, UASB, Infiltração Rápida. INTRODUÇÃO No Brasil, o sistema de gerenciamento de resíduos sólidos urbanos tem o aterro sanitário como uma solução sanitariamente e economicamente adequada para a disposição final dos resíduos sólidos, uma vez que ainda existe disponibilidade de área na maioria dos municípios. Além disso, o aterro sanitário apresenta boa viabilidade econômica na execução, operação e requer menos investimentos em relação a alternativas como: incineração, unidades de triagem e compostagem, dentre outros. Nos aterros tem-se o chorume gerado pelo processo de degradação do lixo e pela passagem de águas de chuva que ocorre no interior dos mesmos. Ao ser drenado do aterro, o chorume resultante da mistura das duas fontes, carreia materiais em suspensão e dissolvidos com alto potencial de contaminação. Este chorume é potencialmente tóxico por conter metais pesados e altos níveis de DBO e DQO. Além disto, verifica-se que apresentam características que variam em função dos resíduos aterrados e com a idade do aterro, o que o torna uma água residuária de difícil tratamento. Dentre os inúmeros estudos desenvolvidos para tratar chorume de aterros tem-se destacado aqueles que utilizam processos biológicos anaeróbios como é o caso do Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente com Manta de Lodo (UASB). No entanto, o processo anaeróbio, mesmo utilizando um reator UASB, por sua natureza de "combustão incompleta" não é suficiente para promover tratamento do chorume de modo que possa ser disposto nos corpos d água. Logo, é necessário associá-lo a um processo aeróbio para que se obtenha um melhor tratamento. A Infiltração rápida é um processo de tratamento secundário de esgoto doméstico bastante difundido, que tem apresentado bons resultados. No entanto, a sua aplicação para o tratamento de chorume é pouco conhecida. Neste estudo acredita-se que o processo de Infiltração Rápida seja uma alternativa viável. Neste trabalho, para tratar o chorume de aterros sanitários buscar-se associar um processo de tratamento primário anaeróbio, utilizando-se de um reator UASB, seguido de um processo de tratamento secundário aeróbio utilizando-se reatores por Infiltração Rápida

3 com leito de areia, de forma que possa obter maior taxa global de eficiência de tratamento do chorume, compatíveis com sistemas mecanizados. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho proposto consiste em estudar o comportamento de um sistema de tratamento de chorume resultante da associação de um reator anaeróbio do tipo UASB seguido de um reator aeróbio por Infiltração Rápida. O reator UASB já é bastante utilizado no tratamento de efluentes líquidos sanitários. Vários estudos têm sido realizados com estes reatores para tratar chorume provenientes de aterros sanitários nos quais detectaram-se características favoráveis para a sua utilização. Em virtude das limitações dos sistemas anaeróbios e a produção de elevadas concentrações (às vezes limitante) de nitrogênio amoniacal, o emprego de processos aeróbios na seqüência [de tratamentos anaeróbios] torna-se necessário para garantir uma melhoria considerável na qualidade do efluente final (Hamada, 2000). A associação de processos anaeróbios com processos aeróbios é bastante utilizada em tratamento de esgotos por reunir características de tratamento que apenas um processo não garantiria Um tratamento aeróbio posterior [ao tratamento aeróbio] permitirá uma remoção parcial de poluentes orgânicos residuais biodegradáveis e poderão também realizar a nitrificação do nitrogênio amoniacal (Garcia, 1996). O trabalho está sendo realizado em três etapas, Etapa 1 e Etapa 2, Etapa 3. Para este estudo foram construídos reatores anaeróbios e aeróbio em escala piloto no Pátio de Resíduos Sólidos da Universidade Federal do Espírito Santo, onde o estudo está sendo desenvolvido. EQUIPAMENTOS Para o tratamento aeróbio foram construídos dois reatores de Infiltração Rápida, chamados de lisímetros, em tubos PVC de 150mm de diâmetros, com 1,40m de altura, preenchidos por uma camada suporte de 15 cm compostas por brita de granulometria 0, 1 e 2, o meio filtrante de areia quartzosa média com características mostradas no Tabela 1. O esquema do reator aeróbio é mostrado Figura 1.. Tabela 1: Classificação do meio filtrante dos lisímetros Parâmetros Valores Unidade

4 Areia fina ( %) 42 % Areia Média ( %) 58 % Cu 2,68 - D10 0,22 - Peso Seco 4925 g Porosidade 42 % Condutividade Hidráulica 1,74x10-2 cm/s Fonte:Braga: 1998

5 Figura 2 - Desenho Esquemático do Lisímetro Foram construídos dois reatores UASB em tubo de PVC de 150mm de diâmetro com 4,8 m de altura com um braço em Y. como é mostrado na figura 2. Figura 2: Desenho esquemático de um reator UASB. SUBSTRATO O substrato usado para o estudo é o chorume proveniente de aterro sanitário da Região da Grande Vitória de uma célula que está em operação há três anos. O chorume é ser coletado uma vezes por semana sendo preservado em temperatura ambiente para a alimentação dos reatores. O chorume apresenta DQO média de 3636 mg/l e DBO de 1600mg/L. As características do chorume estão no Tabela 2. Tabela 2: Caracterização do chorume bruto do Aterro Sanitário da Marca Construtora. Parâmetros Unidade Valor ph - 8,57* Condutividade elétrica m S/cm > 5000

6 Sólidos solúveis totais 368,87* DQO 3636,97* DBO 1600 Nitrogênio amoniacal 687,09 Nitrogênio Kjeldahl 497,00 Nitrogênio nitrato 4,95 Nitrogênio nitrito < 0,01 Fosfato < 0,01

7 Cloretos 1890,00 Sulfetos 34 Dureza total Ferro 85 Manganês 0,5 Cromo total < 0,02 Cobre 0,03 Chumbo

8 0,03 Zinco 0,4 Bário < 0,5 Coliformes totais nmp/100 ml > 1600 Coliformes fecais nmp/100 ml > 1600 Fonte: Marca Construtora e Serviços LTDA, (2002). * Resultados dos analisados na pesquisa. ALIMENTAÇÃO O chorume bruto que é trazido do aterro sanitário é depositado em reservatórios, preservados a temperatura ambiente, de onde são bombeados por meio de uma bomba dosadora para os reatores UASB que são operados em fluxo contínuo. Após este tratamento o efluente é armazenado em um segundo reservatório para a alimentação dos reatores aeróbios de Infiltração Rápida que funciona em batelada, alimentado manualmente. O ciclo operacional dos reatores segue o fluxograma da figura 3. Figura 3 Esquema do funcionamento do sistema de tratamento de chorume UASB + IR ETAPA 1

9 A Etapa 1 consiste em testes preliminares com os reatores de Infiltração Rápida no tratamento de chorume bruto onde são testadas taxas aplicação, analisando seu desempenho como tratamento primário. Esta etapa teve início em 28/04/2003 e término em 10/06/2003 com duração de seis ciclos. Por falta de informações sobre este tipo de tratamento para chorume o ciclo de aplicação adotado inicialmente foi o mesmo adotado por Silva (2001) em estudos para tratamento secundário de esgoto sanitário, na região de Vitória ES utilizando reatores semelhantes com o ciclo operacional de quatro dias de aplicação e três de descanso. Durante os dois primeiros ciclos os dois reatores IR1 e IR2 foram operados a uma taxa de aplicação de 18cm por dia, ou seja, 3200 ml/dia em quatro ciclos de aplicação de 800ml a cada 1,5h. Nos outros quatros ciclos seguintes o reator IR1 continuou com a mesma taxa e o reator IR2 teve sua taxa de aplicação reduzida para 2000ml/dia em quatro ciclos de 500ml a cada 1,5h. RESULTADOS DA ETAPA 1 Na Etapa 1 foi analisado o desempenho de um reator aeróbio para tratamento primário de chorume bruto. Para o controle deste desempenho foram feitas análises de Ph com valor médio de 8,57 e de DQO e Sólidos Suspensos Totais mostrados na tabela 3 e 4. O reator IR-2 que foi operado a uma taxa de aplicação menor de 2000 ml/dia nos quatro últimos ciclos obteve um resultado mais satisfatório que o reator IR-1 que foi operado a uma taxa de 3200ml/dia. Observou se também que no decorrer deste seis ciclos uma maior colmatação do leito do reator IR-1. A partir destes resultados preliminares optou-se por trabalhar com a menor taxa de aplicação de 2000ml/dia para os dois reatores nas etapas seguintes. Espera-se uma melhor resultado nas etapas 2 e 3, pois o tratamento será utilizado como tratamento secundário, recebendo portanto uma carga de aplicação menor que a desta etapa. Tabela 3: Remoção de DQO no reator de Infiltração Rápida - Etapa 1 Bruto IR - 1 Tratamento IR - 2 Tratamento mg/l mg/l %

10 mg/l % 1ª Ciclo 3180, ,37 14, ,37 14,00 2ª Ciclo 4627, ,38 19, ,79 13,92 Média 3904, ,38 16, ,58 13,96 3ª Ciclo 4389, ,85 24,46

11 2385,50 45,65 4ª Ciclo 3387, ,95 36, ,79 30,99 5ª Ciclo 3148, ,18 12, ,50 24,24 6ª Ciclo 3244, ,02 8, ,37 30,88 Média 3542, ,00

12 20, ,79 32,94 Tabela 4: Remoção de Sólidos Suspensos nos reatores de Infiltração Rápida - Etapa 1 Bruto IR - 1 Tratamento IR - 2 Tratamento mg/l mg/l % mg/l % 1ª Ciclo 230,00 121,00 47,39 116,00 49,57 2ª Ciclo 392,21 158,00

13 59,72 132,00 66,34 Média 311,11 139,50 55,16 124,00 60,14 3ª Ciclo 328,57 133,00 59,52 77,50 76,41 4ª Ciclo 455,29 156,50 65,63 104,50 77,05 Média 391,93

14 144,75 63,07 91,00 76,78 ETAPA 2 A Etapa 2 consiste na adaptação da biomassa no reator UASB. Para que o processo de degradação no reator UASB se desenvolva com eficiência a etapa de inoculação da biomassa deve ser bem controlada Em estudos realizados por Méndez et al (1996), concluiu-se que a adaptação do lodo é o principal fator que afeta a partida de um reator e que a adaptação do lodo não pode ser iniciada usando altas taxas de carga do efluente. A diluição da carga para o início do processo deve ser feita, com também seu aumento gradual até que se atinja valores de cargas de chorume com características reais de aterro, isto é, sem diluição. Para isto será utilizada a biomassa proveniente de um reator UASB da estação de tratamento de esgoto doméstico, localizada no Campus Universitário, Goiabeiras, Vitória ES. Esta biomassa está sendo alimentada com uma carga de chorume inicialmente diluída em esgoto que abastece esta estação. Esta carga teve início com 20% de chorume e 80% de esgoto e sofre um aumento gradual de concentração de chorume até atingir 100%. O período inicial estimado par esta inoculação é de cerca de três meses tomando como base estudos realizados por outros autores. Nesta etapa deverão ser realizadas as análises de DBO e DQO e, ph e temperatura, Sólidos Suspensos e Sólidos Sedimentáveis para o controle da formação de lodo. O efluente do reator UASB é infiltrado nos lisímetros para que sejam analisados também, a taxa de aplicação e o ciclo operacional nestes reatores como tratamento secundário. ETAPA 3 Na etapa 3, com a biomassa já adaptada no reator UASB da etapa 2, o Reator UASB sofrerá um aumento gradual na carga orgânica aplicada de 4 Kg DQO/m3dia para 16 Kg DQO/m3dia, com redução do tempo de detenção de 1,0 dias para 0,25 dias, a taxa de aplicação e ciclos operacionais da IR serão definidos com base nos estudos preliminares realizados na etapa 1 e 2. Nesta última etapa do trabalho deverá ser analisada a qualidade do chorume tratado pelo sistema (UASB + IR). Para controle da evolução do processo e seu desempenho, deverão ser realizadas análises de DQO, DBO, SS, Série Nitrogenada, Fósforo total, Alcalinidade, ph e temperatura. Com base nas análises laboratoriais iniciais é apresentado no Tabela 5:um plano das etapas operacional que deverão ser realizadas na etapa 3 do trabalho

15 Tabela 5: Etapas operacionais do Reator UASB COV (Kg DQO/m3dia) TDH (dias) Q m3/dia Q l/h Duração (dias) 4 1,0 0,07 3, ,5 0,75 0,15 6,

16 0,5 0,22 9, ,3 0,25 10, ,25 0,29 12,27 45 COV- Carga Orgânica Volumétrica TDH - Tempo de detenção Hidráulica Q: vazão CONCLUSÕES O trabalho está no início da segunda etapa de operação. Os resultados da primeira etapa foram bastante satisfatórios tendo em vista o alto grau de dificuldade de se tratar chorume bruto por processos aeróbios.os resultados gerados no final da pesquisa serão de grande importância para a literatura, pois irão preencher uma lacuna sobre tratamentos associados para tratamentos de chorume. Além disso, deverá definir parâmetros para projetos em escala real e apresentação de uma alternativa de tratamento que utilize menos área que outros tratamentos como lagoa de estabilização. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

17 BRAGA, Florindo dos Santos. Disposição de esgotos sanitários por infiltração rápida, sob condições de campo e de laboratório, em solo arenoso de região litorânea. Tese (doutorado). São Carlos: 1998 GARCIA, H.; RICO, J. L.; GARCIA, P. A. Comparasion of anaerobic tretment of leachates from na urban solid waste landfill at ambient temperature and at 35º C. Bioresource Technology, Great, V. 58, p , Disponível em: < em 18 set HAMADA, J; MATSUNAGA, I. Concepção do sistema de tratamento de chorume para o aterro sanitário de Ilhéus BA. In: SIMPÓSIO LUSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA, 9., 2000, Porto Seguro: Anais... Porto Seguro: ABES, CD,IV-055. MARCA Construtora e Serviços LTDA. Projeto de tratamento do chorume do Aterro Sanitário. Vitória: MENDÉZ,R.; LEMA,J.M.; BLÁZQUEZ,R.; PAN,M.; FORJAN, C. Characterization, digestibility and anaerobic treatment of leachates old and young landfills. Water Science end Techinology, Brighton, V.21, p , SILVA, Claudia Maria Dias. Pós-tratamento de efluentes de lagoas facultativas pelo processo de infiltração rápida em solo arenoso de alta permeabilidade.dissertação de mestrado. Vitória: 2001.